Lichtbogen-Sehweissvorrichtung. Die Erfindung bezieht sich auf eine aus einem Drehstromnetz gespeiste, nicht rotie rende, elektrische Lichtbogenschweissvorrich- tun- mit einfachen Schweisselektroden, wo.- bei der Strom durch Drosselspulen geregelb wird.
Zweck der Erfindung ist es, eineeinfache Regelung des Schweissstromes zu erhalten, wobei die Belastung immer möglichst gleich mässig über die Phasen des Netzes verteilt ist-.
Dies wird bei der den Gegenstand der Er findung bildenden Vorrichtung dadurch er reicht, dass der Drehstrom mittelst Gleich richtern gleichgerichtet wird und drehstrom- seitig mehrphasig durch eine Regeldrossel- spuleneinrichtung mindestens annähernd sym metrisch geregelt -wird. Bei der Schweissung mit einer einfachen Elektrode (und nur mit solchen Elektroden kann billig und schnell gearbeitet werden) konnte man nämlich bis jetzt immer nur eine Phase des Wechsel- siromnetze.s belasten, also auch nur in einer Phase die Regelung vornehmen.
Im allgeinei- neu stehen gegenwärtig Drehstromnetze zur Verfügung (zuin Beispiel<B>3-</B> oder 4-Phasen- netze), so dass bei einer solchen Regelung des Schweissstromes das Netz immer sehr un gleichmässig belastet wird.
Durch Anwendung von Gleichriclitern, welchen eine mehrphasige Drosselspulenein- iielltung vorgeschaltet ist, wird eine gleich mässige Regelung über alle Phasen des Netzes möglich gemacht.
Vorzugsweise wird eine Regeldrosselspule einer Schweissvorrichtung nach<B>_</B> der Erfin- clung derart konstruiert, dass die Drossel- spulenwickluno, mehrere Abzweigungen auf weist, die in zyklischer Reihenfolge der Phasen und ausserdem in der Reihenfolge ihrer Abstände von-dem. Anfangspunkt der betreffenden Phasenwicklung einer Kontakt reihe einer Schalteinrichtung zugeführt sind, bei welcher die verschiedenen Abzweigpunkte mit den Phasenzuleitungen und mit einem Sternpunkt in Verbindung gebracht werden können, derart,
dass eine Reilie von Regel- stufen erhalten werden kann. Bei jeder dieser StuTen werden zweckmässigerweise zur Er zielung einer Vieleckschaltung bei Drei phasenstrom drei, bei mehr Phasen entspre- ahend mehr aufeinander folgende Abzwei gungen<B>je</B> mit der vorhergehenden bezw. der folgenden Phasenleitung verbunden, oder aber zur Erzielung einer Sternschaltung mit dem Sternpunkt.
Die Stufenanzahl, die man mit einer gleichen Anzahl von Abzweigungen er hält, ist auf diese Weise sehr gross, da jeweils inur ein zwischen zwei Abzweigpunkten lie gender Teil einer Phasenwicklung zuge schaltet wird, während ausserdem von den gleichen Abzweigungen Gebrauch gemacht wird, um der in Sternschaltung erhaltenen Reihe von Regelstufen eine sich ihr anschlie ssende Reihe, von Regelstufen bei Dreieck schaltung zuzusetzen.
Die Schalteinrichtung kann besonders einfach, klein und billig aus geführt werden, zum Beispiel dadurch, dass in ihr, neben der Reihe der mit der Abzwei gung verbundenen Kontakte, auf der einen Seite eine Reihe mit einer gleich grossen An zahl von Kontakten, die in zyklischer Reihen folge mit den Phasenzuleitungen verbunden sind, und auf der andern Seite eine Reihe mit einer gleieli grossen Anzahl von Kontak ten angebracht ist, die alle miteinander ver bunden sind, wobei die verschiedenen Schal tungen dadurch erhalten werden, dass jeweils eine der Phasenzahl entsprechende Anzahl aufeinander folgender Kontakte der mittleren Reihe mit den daneben liegenden Kontakten entweder der einen oder der andern Reihe verbunden wird.
Vorzugsweise werden die Kontaktpunkte des Schaltapparates durcli Steckbüclisen ge bildet, während die Schaltung durch einen Stecker mit zwei Reihen von je drei bezw. mehr Stiften erfolgt, die paarweise mitein ander verbunden sind.
Eine Schaltungsart der oben beschriebe nen Art lässt sich bei einer in der Art eines normalen Melirphasentransformators gebau ten Mehrphasendrosselspule nicht gUtanwen- den, da in sämtlichen oder in einer Anzahl von Vieleckschaltstellunuen die Anzahl von <B>kn</B> eingeschalteten Windungen der verschiede- neu Phasen nichtgleich ist,
so dass die Summe der magnetischen Felder in den Drossel- spulenkernen in diesen Fällen nicht gleich Null ist. Damit dennoch ein gedrängtes Gau- zes erzielt und Material erspart -wird, wird vorteilhaft für den Fall des Dreiphasen- .stromes eine Dreiphasendrosselspule verwen det, die aus drei normalen Einphasenmantel- drosselspulen aufgebaut ist, bei der aber zwei Joche fortgelassen sind, indem das Unter <B>joch</B> der einen Drosselspule zu gleicher Zeit als Oberjoch für die folgende dient,
und bei der die Spule der mittleren Drosselspule um gekehrt wie die der äussern Drosselspulen an geschlossen ist.
In der Zeichnung ist eine Ausführungs form des Erfindungsgegenstandes beispiels weise dargestellt.
Fig. <B>1</B> zeigt das Schaltungsschema der t3 Schweissvorrichtungo; Fig. 42 zeigt die Schaltungen der Drossel- spulenwicklung für einige Regelstufen; Fig. <B>3</B> ist eine graphische Darstellung, die den Verlauf des. gemessenen Schweiss stromes abhängig von der Stellung dps Steckers darstellt; Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau der Eisenkerne der beim Ausführungsbeispiel benützten Regulierdrosselspule:
Fig. <B>5</B> ist eine Draufsicht und Fig. <B>6</B> eine Seitenansicht der auf Rädern montierten Schweissvorricht-ung.
Der Sellweisstransformator <B>1</B> (Fig. <B>1)</B> kann über einen automatischen Nullspan- nungsschalter 2, und einen Stecker<B>3</B> an das Netz gelegt werden, dadurch werden auch die Wicklungen der Regulierdrosselspule 4 mit dem Netz verbunden. Ferner wird gleich-- zeitig ein Heiztransformator<B>5</B> eingeschaltet.
Die Sel-,undä.rseite des Schweisstransformatars weist sechs Phasenwicklungen, in andern Worten, drei Phasenwicklungen mit Mittel- anzapfungen auf, die mit den Anoden von drei Zweiweggleichrichtergefässen <B>6, 7</B> und<B>8</B> verbunden sind, deren Kathoden durch die Sekundärwicklung des Heiztransformators<B>5</B> gespeist werden.
Die mittlere Anzapfung die- ser Sekundärwicklung ist mit dem Arbeits stück<B>9</B> verbunden, während die M.ittelan- zapfungen der Sekundärwicklungen des el Schweisstransformators<B>1</B> mit der Schweiss elektrode<B>10</B> verbunden sind.
Die Regulierdrosselspule 4 enthält drei Phasenwieklungen, deren Enden<B><I>A', A', A'</I></B> mit den Primärwicklungen des Seliweissstrom- transformators verbunden sind, und über diese wie oben gesagt an das Netz gelegt werden können. Jede Phasenwieklung der Regulier drosselspule ist einschliesslich des Anschlusses am Wicklungsende mit vier Abzweigungen versehen. Die<B>12</B> Abzweigungen sind mit den Ziffern 11-22. bezeichnet.
Wenn man bei der dein Anfangspunkt der einen Phase nächsten Abzweigung beginnend in zykli- seher Reihenfolge der Phasen immer auf die nächste freie Abzweigung übergeht, so durchläuft man die zwölf Abzweigungen in <B>.-</B> ler Numerierung. Von<B>je</B> der Reihenfolge #c drei aufeinander folgenden Abzweigungen bl liegt somit<B>je</B> auf einer Phase.
Eine RQihe von zehn R.,egelstufen mit Sternschaltung. erhält mal) dadurch, dass <B>je-</B> weils drei in der Numerierung aufeinander folgende, Abzweigungen miteinander zu einem Sternpunkt vereinigt werden.
en Eine Reihe von zehn Regelstufen mit Dreiecksehaltung erhält man dadurch, dass <B>je</B> eine von drei aufeinander folgenden Abzwei gungen mit dem Anfang der vorhergehenden (bezw. folgenden) Phasenwicklung verbunden w ird.
Rechts in Fig. <B>1.</B> ist ersichtlich, wie die Verbindungen in der Schalteinrichtung herge- .stellt werden.
Die Abzweigpunkte 11-22 sind mit einer Reihe. von Kontaktbüchsen verbunden, die in -iner oben in der Figur dargestellten Isolierplatte<B>23</B> angeordnet sind und die Be zugsziffern der Abzweigquinkte tragen, mit <I>denen</I> sie verbunden sind, Diese Reihe bildet die mittlere Reihe von drei Reihen von Kontaktbüchsen. Die Ver bindungen zwischen den Kontaktbüchsen und den Abzweigpunkten sind in der Zeichnung nicht dargestellt, um diese nicht zu sehr zu belasten.
Die zwölf Kontaktbüchsen der obern Reihe sind in zyklischer Reihenfolge mit den Anfangspunkten<B>A', A'</B> und<B>A'</B> der drei Phasenwicklungen der Reg-ulierdrosselspule derart verbunden, dass keine dieser Kontakt büchsen neben einer derselben Phase entspre chenden Konfaktbüchse der mittleren Reihe liegt.
Die Kontaktbüchsen der untern Reihe sind alle untereinander verbunden und bilden bei Sternschaltung den Sternpunkt.
Mit diesen Kontaktbüchsen arbeitet ein in Fig. <B>1</B> gesondert dargestellter Stecker 24 zusammen, der sechs Stifte aufweist, die paarweise miteinander verbunden sind.
Bei dieser Anordnung der Kontakte ist die Herstellung der vorgenannten Schal tungen sehr einfach. Zur Erzielung einer Sternsehaltung verbindet man mittelst des Steckers jede von drei aufeinander folgenden Kontaktbüchsen der mittleren Reihe mit der neben ihm liegenden Kontaktbüchse der untern Reihe und zur Erzielung einer Drei eckschaltung jeweils mit der neben ihm lie- ,crenden Kontaktbüchse der obern Reihe.
In der Zeichnung sind beispielsweise vier Stellungen des Steckers gestrichelt angegeben. Diesen vier Stellungen entsprechen die Schal tungen der Drosselspule gemäss den entspre chend bezeichneten Skizzen I, II, XIX, XX, in Fig. 2.
In der Stellung I sind die Wicklungen der Regulierdrosselspule in der in Fig. 2 links oben angegebenen Weise verbunden. Die Wicklungen A'#-22, A-9-0, -2--21 sind dann in Stern geschaltet. Der von dem Schweisstransformatür <B>1</B> gelieferte Strom, also der Schweissstram, ist minimal.
Wenn man den Stecker um eine Büchse weiter nach rechts verstellt, so bleiben also die Wicklungsteile A'-20 und einge schaltet, aber an Stelle des Wicklungsteils A.'-22 kommt der Wicklungsteil<B>A--19,</B> das heisst von der Phasenwicklung <B>A'</B> der Regulierdrosselspule wird der Teil 22-19 abgeschaltet. Rechts oben in Fig. 2 ist die alsdann entstehende Schaltung ersichtlich. Der gelieferte Gleichstrom nimmt infolge dessen zu.
Wenn man den Stecker auf diese Weise jeweils um eine Büchse nach rechts verstellt -Lind sämtliche Stufen mit Sternschaltung durchlaufen sind, wird der Stecker wieder ganz nach links verstellt,' aber nun in der Stellung für Dreieckschaltung. Nachdem eine Anzahl von diesen Stufen durchlaufen wor den sind, gelangt der Stecker in die beispiels weise angegebene Stellung XL-KL, wobei die in Fig. 2 links unten, dargestellte Dreieck schaltung entsteht. Wenn man den- Strom noch weiter zu steigern wünscht, so wird der Stecker in die Stellung XX gebracht, wo durch der Teil 11-14 der an<B>A'</B> anoeschlos- senen Wicklung der Regulierdrosselspule ab geschaltet wird.
Die alsdann entstehende Schaltung ist in Fig. 2 rechts unten dar gestellt. Damit ist die letzte Stufe, das heisst die höchst erreichbare Stromstärke erreicht worden. # Fig. <B>3</B> zeigt eine Kurve, die den -Verlauf des tatsächliel-L bei einer ausgeführfen Vor- richtun- (yemessenen Seliweissstromes in den aufeinander folgenden Regelstufen zeigt.
Hierbei sind auf der Ordinatenachse die Amperezahlen des auf der Sekundärseite des Sebweisstransformators erzielten Schweiss stromes in logarithmischem Massstab aufge tragen. Aus der Tatsache, dass die einzelnen Punkte der Kurve, ziemlich genau auf einer geraden Linie liegen, geht hervor, dass die prozentuale Stromzunahme bei dem Übergang von der einen Stufe auf die folgende überall gjeich gross ist. Bei dieser Einrichtung erzielt man also mit Hilfe von nur vier Abzweigungen per Phase, einschliesslich der Endverbindungen, zwanzig verschiedene Stufen in der Schweiss stromstärke.
Die Verbindungsleitungen der Drosselspule mit dem Schaltapparat und die Stifte und Büchsen dieses Schaltapparates führen im ungünstigsten Fall Ströme, die nur das
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fache des Höchstnetzstromes be- tracren, so dass die Sehaltungseinrichtung ge ringe Abmessungen erhalten kann.
Die Umschaltung kann ohne Bedenken unter Spannung erfolgen, falls der Schweiss vorgang unterbrochen wird, da, der zu unter brechende Strom dann nur das
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fache des Leerlaufstromes des Transformators ist-.
Der Regelapparat ist klein, einfach und billig, und die Regelung in zwanzig Stufen entspricht prahtiseli schon einer stufenlosen Regelung, während natürlich die Stufenzahl, wenn man es wünschen sollte, ebensogut höher gewählt werden kann.
Wenn die Abzweigpunkte auf den ver schiedenen Phasenwicklungen in gleichen<B>Ab-</B> ständen von dem Anfangspunkt angebracht sind, so werden Stufen vorkommen, bei denen die verschiedenen Phasen symmetrisch und andere, bei denen sie unsymmetrisch belastet werden, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die letzte Stufe wird aber eine symmetrische sein, so dass die Höchstleistungsfähigkeit der Sehweissvorriehtung durch die Regeleinrich tung nicht vermindert wird.
Es ist eine Ausführung möglich, bei der die gemäss der Numerierung von Fig. <B>1</B> aufeinander folgenden Abzweigungen, je weils einen gleichen Abstand weiter von den Anfangspunkten der Phasenwicklung- ent fernt sind. Eine solche Verteilung hat den Vorteil, dass der maximal auftretende Bela stungsunterschied der verschiedenen Phasen bedeutend geringer ist, als bei der vorbe- schriebenen Ausführungsform, dafür aller dings bei jeder Stellung ein solcher Be lastungsunterschied besteht.
Wie bereits bemerkt, ist es nicht er wünscht, die beschriebene Regulierschaltung bei einer normalen Dreiphasendrosselspule zu verwenden. Da eine solche nämlich nur drei Kerne hat, die oben und unten durch ein Joch magnetisch einander angeschlossen sind, ist die<U>Summe</U> der Felder bis auf ein zwi- sehen den beiden Jochen durch die Luft ver laufendes Feld, gleich Null. Die Summe der durch die Felder in den drei Wicklungen induzierten elektromotorischen Kräfte ist also nicht Null bei den Schaltungen, bei denen die Windungszahlen ungleich sind.
Bei den unsymmetrischen Dreieekschaltungen würden dadurch unzulässig grosse Ausgleichströme auftreten. Dies trifft auch. bei Mehrphasen- ausführungen mit einer von drei verschiede nen Phasenzahl zu.
1)ie Schaltung ist verwendbar, wenn an statt eines kombinierten m-Phasenkernes, in gesonderte Einphasenherne verwendet wer den. In diesem Falle fehlt aber der Vorteil der 1.,,raterialersparnis und der gedrängten Anordnuno, der kombinierten Ausführung.
Dieser Vorteil kommt auch zum Teil in We- fall, wenn man die Mehrphasenausfübrung mit einem unbewickelten, zusätzlichen Kern versieht, der die Joche magnetisch aneinander sehliesst, Eine nahezu gleich grosse Alaterialerspar- nis wie bei der normalen Dreischenkelausfüh- rung kann aber durch die in Fig. 4 ange gebene Bauart des Mehrphasenkernes er zielt werden, die ausserdem verschiedene an dere praktische Vorteile hat.
Die dargestellte Vorrichtung kann man .sieh so entstanden denken, dass drei Ein- phasenmantelkerne <B>25, 9-6</B> und<B>27</B> zusammen- ().e <B>,</B> fügt werden, bei denen aber zwei Joche weggelassen sin#d. Wenn man die mag- netisehen Felder der drei dargestellten Kerne mit<I>F" F<B>--,</B></I> F# bezeichnet, so führen die Joche <B>28, 29, 30</B> und<B>31</B> die folgenden Felder:
1/2<I>F, 1/2 (F.,</I><B>J,</B> 1/2 (F#-F.), <B><I>-</I> 1</B> <I>--F</I> /# Fs. Die Felder<I>F,</I> F#, Fs, sowie die Jochfelder sind hierbei in den in der Zeichnung mit Pfeilen an-#egebenen. Richtungen positiv an genommen. Bei gleichem Wickelsinne und Anschluss der drei Spulen würden gemäss dem vorgenannten Ausdruck die mittleren zwei <U>Joche</U><B>je</B> ein Feld führen, das ungefähr den <B>Ö</B> fachen Betra-, des Feldes der Endjoche besitzt.
Die Spule der mittleren der drei Ein- phasenwieklungen wird aber umgekehrt an geschlossen,<B>so</B> (lass die sonst zwischen den. Kernfeldern bestehende Beziehung <I>F,<B>+</B></I> F# <B><I>+</I></B><I> F,</I> := <B>0</B> nun durch <I>F,<B>-</B></I> F# <B><I>+</I></B><I> F,</I> = <B>0</B> bezw. F,<B><I>=</I></B> ril <B><I>+</I> g'</B> ersetzt werden muss.
Wenn man diesen Ausdruck für F, in die vorgenannten Ausdrücke einsetzt, so gehen diese in F" 1/2 F#, <B>-</B> 1/2 F,.. -1 /2 F# über. Hieraus folgt, dass die vier Jochfelder nun gleich gross sind.
Die zwei mittleren Joche brauchen also nicht dicker als die End- joche zu sein, Der Materialverbrauch ist hier praktisch gleich gering wie bei der normalen, kombinierten Dreiphasenausführung, und ausserdem hat die beschriebene Einrichtung noch die folgenden Vorteile: <B>1.</B> Die gegenseitigen Streufeldinduktio- neu sind hier praktisch gleich Null. Man.
wird also nicht, wie bei der gewöhnlichen Dreischenkeldrosselspule durch die Ungleich heit dieser gegenseitigen Induktionen und durch die infolgedessen entstehende, ungleiche Belastung der Gleichrichterlampen gehindert, welcher Nachteil auch dann auftritt-, wenn die Dreischenkeldrosselspule gleiche Win- dungszahlen auf den drei Kernen hat.
2. Man kann den Luftspalt eines jeden Drosselspulenkernes im Gegensatz züi der Dreischenkelausführung gesondert einstellen und dadurch aus andern Gründen bestehende Ungleichheiten zwischen dendrei Phasen aus gleichen.
Die Fig. <B>5</B> und<B>6</B> zeigen die Anordnung der Regulierdrosselspule 4 in einem mit Rä dern<B>3-9</B> und Handgriff<B>33</B> versehenen Schweissapparat.
In Fig. <B>5</B> sind die Gleichrichtergefässe <B>6,</B> <B>7</B> und<B>8</B> ersichtlich, die in einem besonderen Raum angeordnet sind. Ferner zeigt diese Figur die Platte<B>23</B> mit den Steckbüchsen und mit dem Stecker 24 in Draufsicht. Die Platte <B>23</B> trägt auch die Schmelzsicherungen 34.
Aus Fig. <B>6</B> ist ersichtlich, dass die Schalt einrichtung gerade, oberhalb der Drosselspule 4 angeordnet ist, so dass die 12 Verbindungs drähte möglichst kurz werden und das Ganze übersichtlich bleibt. In der untern Hälfte des Kastens sind der in Fig. <B>1</B> schon angedeutete Gleichstromtransformalor <B>5</B> und der Null- spannungssehalter 2 ersichtlich. Die Reguliervorrielltung ist auf dem Kasten angeordnet, also an einer leicht zu gänglichen und gut beleuchteten Stelle. Ober halb dieser Reguliervorrichtung kann ein auf klappbarer Deckel angebracht werden.
Ein unten in dem Kasten untergebrachter, nicht dargestellter Lüfter, der zur Kühlung der Gleichrichterlampen vorgesehen ist, kann gleichzeitig die Drosselspule und die andern Teile kühlen.
Andere Ausführungsformen als die be schriebene sind ebenfalls möglich. So könnte zum Beispiel die untere Steck-büchsenreilie in Fig. <B>1</B> durch seinen dreipoligen Stecker er setzt werden, dessen Stifte gegenseitig elek trisch verbunden sind, der dann zur Erzie lung der Regelstufen in Sternschaltung in die mittlere Reihe von Steckbüchsen einge steckt werden kann.